книги из ГПНТБ / Гальперин А.Е. Производство присадок к моторным и трансмиссионным маслам

мическим (несмотря на значительные капитальные за­ траты на строительство) и особенно по качественным показателям гидроочистка масел прогрессивнее других способов очистки.

Минеральные масла, применяемые для смазки зубча­ тых передач машин и механизмов, называют трансмис­ сионными. По условиям применения в зависимости от напряженности работы зубчатых передач трансмисси­ онные масла в основном можно разделить на три груп­ пы. Во-первых, масла без присадок для цилиндриче­ ских и конических передач, работающих при умеренных удельных нагрузках (в связи с более жесткими режима­ ми работы современных машин область применения та­ ких масел в последнее время сокращается). Во-вторых, масла для высоконапряженных спирально-конических пе­ редач автомобилей. В-третьих, масла для гипоидных пе­ редач с высокими скоростями скольжения зубьев и большими удельными нагрузками на них.

Трансмиссионные масла производят из дистиллятно­ го и остаточного компонентов кислотно-контактной и фе­ нольной очисток, а также компаундированием. Дистил­ лятные компоненты смешивают как с остаточными ком­ понентами, так и экстрактами (отходами) от очистки масел остаточного происхождения фенолом и нитробен­ золом.

К трансмиссионным маслам второй и третьей групп добавляют присадки.

Условия работы смазочных масел в современных дви­ гателях и механизмах, работающих на форсированных режимах, настолько напряжении, что нефтяные масла— и дистиллятные, и остаточные, и компаундированные — в чистом виде (базовые масла), даже полученные из луч­ ших масляных нефтей самыми современными методами нефтепереработки и очистки, не обеспечивают их нор­ мальную эксплуатацию. Добавление к базовым маслам присадок является эффективнейшим способом получе­ ния моторных и трансмиссионных масел. В результате увеличиваются моторесурс и надежность работы двига­ теля, снижается износ механизмов. Присадки улучшают вязкостные, смазывающие, антиокислительные, противо­ коррозионные, противонагарные, моющие и другие свой­ ства масел, а также снижают их температуру застыва­ ния.

9

ПРОТИВОИЗНОСНЫЁ И ПРОТИВОЗАДИРНЫЕ ПРИСАДКИ

Присадки этого типа предназначены для улучшения смазывающей способности масел, для уменьшения изно­ са и предотвращения заедания и задира трущихся пар, выдерживающих большие механические нагрузки. При­ менение этих присадок в маслах снижает также по­ тери мощности двигателей от трения.

Переход от жидкостного трения к сухому происходит постепенно. Между ними различают еще два вида тре­ ния — полужидкостное и граничное. Если между трущи­ мися поверхностями в некоторых местах сохраняется видимый невооруженным глазом слой масла, то такую смазку называют полужидкостной. Граничной смазкой, или граничным слоем масла, называют невидимую нево­ оруженным глазом тончайшую . пленку масла, которая удерживается на поверхности деталей молекулярными силами металла, из которого эти детали изготовлены. Граничный слой смазки менее подвижен из-за воздейст­ вия на него молекулярных сил металла и не может так свободно перемещаться, как слой масла при жидкостной смазке. Если на трущихся поверхностях при возрастаю­ щих на них нагрузках удерживается граничный слой смазки, то сухое трение не возникает.

Маслянистость, или смазывающая способность, — свойство масляной пленки сохранять прочность в усло­ виях граничной смазки. Чем больше в масле поверхност­ но-активных (полярных) молекул, тем прочнее в усло­ виях граничного трения сцепление пленки масла с по­ верхностью металла, лучше его смазывающая способ­ ность, меньше износ трущихся поверхностей.

В результате очистки базовые масла зачастую полу­ чаются с худшими смазывающими свойствами, чем исходные компоненты. Это объясняется удалением в про­ цессах очистки ряда веществ, обладающих высокими по­ верхностно-активными свойствами (асфальтенов, серни­ стых соединений и др.).

По мнению К. С. Рамайя и др., маслянистость при добавлении присадок улучшается в результате не только увеличения в масле количества полярных молекул, обес­ печивающих прочность масляной пленки на поверхности металла, но и химического взаимодействия активных эле-

13

ментов присадок с поверхностью металла. В результате такого взаимодействия на поверхности трения помимо масляной пленки образуется слой вещества, предупреж­ дающего задир. Этот слой взаимодействует с нижеле­ жащими слоями металла, образуя низкоплавкие мазеобразования, которые, в свою очередь, в условиях граничного трения превращаются на выступах и шерохо­ ватостях трущихся поверхностей в жидкость. Эти жид­ костные образования истираются вместе с шероховато­ стями трущихся пар при их скольжении друг по другу.

Цикл химического воздействия активных элементов присадок на поверхность металла повторяется. Происхо­ дит сглаживание — полировка трущихся поверхностей; создаются нанлучшие условия для прочности граничного слоя масла и, следовательно, улучшается его масляни­ стость. Маслянистость имеет особенно большое значение для обеспечения надежности смазки высоконагружениых деталей и узлов, таких как зубчатые передачи автомо­ билей и тракторов (т. е. для трансмиссионных масел).

ДЕПРЕССОРНЫЕ ПРИСАДКИ

Назначение депрессорных присадок — сохранять по­ движность масел при пониженных температурах. При охлаждении масел наступает такой момент, когда они теряют свою подвижность. Соответствующая этому мо­ менту температура называется температурой застывания масла.

Нефтяные масла при охлаждении теряют подвиж­ ность по двум причинам: вследствие возрастания вязко­ сти ( вязкостное застывание); от повышения концентра­ ции образующейся в масле при понижении температуры дисперсной фазы* (взвеси парафинов и церезинов) и упрочнения связей между ее частицами. Образующиеся

жидкое или газообразное тело — распределяется в виде мельчайших

поверхность частицы. Грубодисперсные системы состоят из частиц

14

кристаллы парафинов и церезинов строятся в прочную кристаллическую решетку, которая препятствует подвиж­ ности масла (структурное застывание).

Действие депрессора на масло объясняется тем, что его частицы, не растворимые в масле, постоянно нахо­ дятся во взвешенном тонкодисперсном состоянии и ад­ сорбируются мелкими кристаллами парафинов. В резуль­ тате изменяется характер кристаллизации — прекраща­ ется рост кристаллов, образуется непрочная кристалли­ ческая решетка и поэтому масло сохраняет подвиж­ ность.

АНТИОКИСЛИТЕЛЬНЫЕ ПРИСАДКИ

Назначение этих присадок — замедлять процессы окисления масел, повышать его термоокислительную стабильность.

В камере сгорания двигателя под действием кисло­ рода воздуха и высоких температур углеводороды, смесь которых представляет собой смазочное масло, подверга­ ются окислению. Легче всего окисляются парафиновые углеводороды, затем нафтеновые, а наиболее стойки к действию кислорода воздуха ароматические углеводо­ роды. Алкилированные ароматические углеводороды с короткими боковыми цепями нормального строения, об­ ладающие также наиболее пологой кривой вязкости, представляют собой весьма ценную составную часть ма­ сел, так как они наиболее устойчивы к действию кисло­ рода воздуха в условиях повышенных температур.

Установлено, что углеводороды масел окисляются постадийно, проходя через различные промежуточные продукты, в зависимости от строения и условий окис­ ления. Первыми промежуточными продуктами окисления углеводородов являются перекиси. Это нестойкие соеди­ нения, они превращаются в другие кислородсодержащие соединения, в основном в органические кислоты и окси­ кислоты. Кроме кислот и оксикислот в других проме­ жуточных стадиях окисления могут образовываться так­ же альдегиды, кетоны и спирты. Продолжающееся дей­ ствие на эти продукты кислорода приводит к их уплот­ нению. В результате реакций уплотнения (конденсации и полимеризации) образуются смолы, асфальтены, эстолнды и т. п. По Н. И. Черножукову и С. Э. Крейну,

15

окисление углеводородов может проходить в двух на­ правлениях:

------ > Кислоты----- >

Углеводороды-----> Перекиси—

------ * Смолы---- > •» Окснкислоты----- > Эстолиды — * Асфальтогеновые кислоты

■»Асфальтены-----*■ Карбены-----і Карбсиды

Продукты окисления — высокомолекулярные кисло­ родсодержащие соединения (смолы, асфальтены, карбе­ ны и др.) различаются между собой по плотности, цвету и способности растворяться в различных растворителях.

Наиболее интенсивно окисление проходит в слое мас­ ляной пленки, приставшей к поверхности смазываемых деталей. Металлы, из которых сделаны смазываемые по­ верхности, а также окислы металлов и их соли, образо­ вавшиеся на этих поверхностях в результате химических реакций, происходящих в камере сгорания двигателя, играют роль катализатора, значительно ускоряя окисле­ ние масел. Продукты сгорания сернистых топлив также ускоряют реакции окисления. С ростом температуры в зоне смазки интенсивность окисления масла значительно возрастает. Способность масла противостоять окисле­ нию называется термоокислительной стабильностью.

Чтобы замедлить реакции окисления, к маслам до­ бавляют антиокислительные присадки. По К. И. Ивано­ ву с сотр., антиокислители по механизму действия мож­ но разделить на три группы: антиокислительные присад­ ки, тормозящие образование активных радикалов в начальной стадии цепного процесса окисления (ини­ циирование автокаталитического процесса); вещества, не только тормозящие образование активных радикалов и начальной стадии цепного процесса окисления, но и разлагающие уже образовавшиеся перекиси, переводя их в стабильное к окислению состояние и не давая тем самым распространяться цепной реакции; присадки, обладающие таким же действием, как и вторая группа, но при относительно недалеко зашедшей цепной реакции окисления. Третья группа занимает промежуточное по­ ложение между первой и второй.

Кроме веществ, непосредственно влияющих на обрыв цепной реакции и называемых истинными ингибиторами

16

Первые промежуточные продукты реакций окисления масла — перекиси — вступают в реакцию с металлом; в результате образуется окись металла. Далее образу­ ются органические кислоты, которые, реагируя с окисью металла, дают соли этих кислот.

Выше уже отмечалось влияние металла, его окислов и солей на скорость окисления масла. В результате ка­ талитического действия металлических поверхностей тру­ щихся пар содержание перекисей в масле растет, увели­ чивая скорость коррозии частей двигателя, контактирую­ щих с маслом. При наличии в масле перекисей или других нестойких кислородсодержащих соединений, спо­ собных отдавать свой кислород, коррозия металла мо­ жет происходить и без доступа кислорода воздуха. При­ сутствие органических кислот в масле существенно влия­ ет на коррозию металлических частей двигателя. Чем ниже молекулярный вес органических кислот, тем они агрессивнее к металлу. Особенно подвержены коррозии свинец и его сплавы, применяемые для заливки вклады­ шей подшипников скольжения.

Сернистые топлива, применяемые в двигателе, увели­ чивают его коррозию и износ. При сгорании сернистого топлива образуются сернистый и серный ангидриды (S02 и S03), которые, взаимодействуя с парами воды, конденсирующимися на охлаждаемых поверхностях дви­ гателя, дают слабые сернистую и серную кислоты, весь­ ма агрессивные к металлам. В картере двигателя при этом может увеличиться содержание водорастворимых кис ют.

Антиокислительные присадки, увеличивая термоокислительную стабильность масла и замедляя процессы об­ разования перекисей и кислот, в известной мере задер­ живают коррозию металла. Однако они не в состоянии предотвратить образование и накопление в масле про­ дуктов его окисления, обладающих коррозионно-агрес­ сивными свойствами. Возникает поэтому задача защиты металлических деталей двигателя от контакта с накоп­ ленными в масле коррозионноактивными веществами. За­ дача эта решается применением противокоррозионных присадок — пассиваторов.

Действие противокоррозионных присадок заключает­ ся в образовании на поверхности металла стойкой за­ щитной пленки, предохраняющей эту поверхность от не­

18